Interaction Room - Eine Methode zur Förderung der Wertorientierung in Planung und Requirements Engineering von Informationssystemen

Software wird immer wichtiger in unserer Gesellschaft, trotzdem dauern IT-Projekte länger und werden teurer, als ursprünglich geplant, sie verfehlen ihre funktionalen und qualitativen Ziele oder werden vorzeitig abgebrochen. Durch inhärente Ungewissheit, Komplexität und mangelnde Wertorientierung wird eine realistische Projektplanung für die Entwicklung von Informationssystemen erschwert. Auf Basis eines unzureichenden Verständnisses über Anforderungen, Risiken und Ziele kann der zu leistende Aufwand nicht realistisch geschätzt werden, die daraufhin allokierten Ressourcen, bereitgestellten monetären Mittel und die geplante Projektlaufzeit reichen für eine erfolgreiche Projektumsetzung nicht aus. Die initiale Verständnisbildung über Anforderungen und Risiken geschieht in plangetriebenen Vorgehensweisen zu Beginn eines Projekts durch eine umfangreiche Analyse und möglichst vollständige Spezifikation. Das Schreiben vollständiger Spezifikationen ist jedoch unwirtschaftlich, weil soziotechnische Systeme nicht vollständig beschreibbar sind und emergente Anforderungen in erkenntnisgetriebenen Softwareprozessen zu Änderungen führen. In agilen Vorgehensweisen wird das Verständnis durch die gleichen Aktivitäten, jedoch in kurzen Zyklen und ohne vollständige Spezifikation zu Projektbeginn, durch enge Zusammenarbeit zwischen Kunden und Entwicklungsteams hergestellt. Um Projekte erfolgreich planen zu können, müssen die richtigen Anforderungen in angemessenem Detailniveau verstanden und dokumentiert sein. Plangetriebene und agile Vorgehensweisen liefern den organisatorischen Rahmen zur Herstellung eines expliziten und impliziten gemeinsamen Verständnisses. Das Erkennen erfolgskritischer Projektinhalte obliegt der Verantwortung einzelner Rolleninhaber in den Vorgehensweisen – eine strukturierte Herangehensweise, um die Aspekte eines Projektes explizit zu machen, die über Erfolg und Misserfolg eines Projektes entscheiden können, existiert nicht. Um einen Beitrag zum Erfolg von IT-Projekten durch deren realistische Planung zu leisten, wird in dieser Arbeit der Interaction Room vorgestellt: Eine Methode, in der interdisziplinäre Teams pragmatische Modelle über das Verhalten sowie die Struktur eines Informationssystems in moderierten Workshops skizzieren. Sie kennzeichnen Wert-, Aufwands- und Risikotreiber in Modellskizzen, die auf Interaction-Room-Landkarten visualisiert werden. Dabei veranschaulicht die Feature-Landkarte den funktionalen Projekt-umfang. Die Prozesslandkarte veranschaulicht durch das Informationssystem unterstützte Prozesse zur Erfüllung der funktionalen Anforderungen. Die Objektlandkarte veranschaulicht erzeugte und verarbeitete Geschäftsobjekte und die Integrationslandkarte veranschaulicht direkte Schnittstellen des Informationssystems zu benachbarten Systemen sowie ausgetauschte Geschäftsobjekte. Die Kennzeichnung von Wert-, Aufwands- und Risikotreiber geschieht mit Hilfe von getypten Annotationen, die von den Stakeholdern des interdisziplinären Teams auf die Landkarten geheftet, im Anschluss diskutiert und dokumentiert werden. Durch die Annotationstypen lassen sich z. B. Werte für Nutzer, Flexibilitätsanforderungen und Ungewissheit kennzeichnen. Die Erkenntnisse aus Inter-action-Room-Workshops werden in eine pragmatische Struktur für Anforderungsdokumente überführt und können dadurch unmittelbar in Softwareprozessen weiter verwendet werden. Zwischen November 2011 und Februar 2017 wurden 23 Analyse-, Neuentwicklungs-, Weiterentwicklungs- und Migrationsprojekte mit Industriepartnern unterschiedlicher Branchen durchgeführt. Auf dieser Datenbasis wurden unterschiedliche Methodenparameter auf Zusammenhänge untersucht. Erwartungsgemäß bestehen positive Zusammenhänge zwischen Metriken der Projektgröße, zwischen dem Vorschlag zur Verwendung von Annotationstypen und deren tatsächlicher Verwendung, sowie zwischen der Menge verwendeter Annotationstypen und der Anzahl Duplikate. Außerdem besitzen die Inter-action-Room-Annotationen positiven Einfluss auf die Genauigkeit der Aufwandsschätzung. Die Planung von Entwicklungsiterationen kann durch Interaction-Room-Landkarten unterstützt werden, wodurch eine quantitative Verbesserung bei der Identifikation von Arbeitspaketen beobachtet wurde. Die Verbesserung besitzt positiven Einfluss auf die Fortschrittsmessung während einer Iteration und damit auf ihre Erfolgsprognose. Die Intervention kann in ein übliches Vorgehen zur Planung von Entwicklungsiterationen integriert werden, weil sie von den Planenden nicht als störend wahrgenommen wurde

Quantifying Large-Scale Surface Change Using SAR Amplitude Images: Crater Morphology Changes During the 2019-2020 Shishaldin Volcano Eruption

Morphological processes often induce meter-scale elevation changes. When a volcano erupts, tracking such processes provides insights into the style and evolution of eruptive activity and related hazards. Compared to optical remote-sensing products, synthetic aperture radar (SAR) observes surface change during inclement weather and at night. Differential SAR interferometry estimates phase change between SAR acquisitions and is commonly applied to quantify deformation. However, large deformation or other coherence loss can limit its use. We develop a new approach applicable when repeated digital elevation models (DEMs) cannot be otherwise retrieved. Assuming an isotropic radar cross-section, we estimate meter-scale vertical morphological change directly from SAR amplitude images via an optimization method that utilizes a high-quality DEM. We verify our implementation through simulation of a collapse feature that we modulate onto topography. We simulate radar effects and recover the simulated collapse. To validate our method, we estimate elevation changes from TerraSAR-X stripmap images for the 2011-2012 eruption of Mount Cleveland. Our results reproduce those from two previous studies; one that used the same dataset, and another based on thermal satellite data. By applying this method to the 2019-2020 eruption of Shishaldin Volcano, Alaska, we generate elevation change time series from dozens of co-registered TerraSAR-X high-resolution spotlight images. Our results quantify previously unresolved cone growth in November 2019, collapses associated with explosions in December-January, and further changes in crater elevations into spring 2020. This method can be used to track meter-scale morphology changes for ongoing eruptions with low latency as SAR imagery becomes available

Quantifying crater morphology changes during the 2019-2020 Shishaldin Volcano eruption using SAR amplitude images

Compared to visual remote-sensing products, Synthetic Aperture Radar (SAR) data have the benefit of observing changes at volcanoes even during inclement weather conditions; InSAR utilizes the phase observations of the radar signal and is commonly applied to quantify volcano deformation and characterize eruptive activity. However, it is not always applicable if the deformation is large or if phase coherence is otherwise lost. Repeat amplitude images provide a way to observe change qualitatively but quantifying these morphological changes from a single look direction would increase our understanding of large-amplitude surface processes such as lava dome growth or collapses. We describe a new method to quantify morphological changes at volcanoes using the amplitude from SAR images with the assumption of an isotropic radar cross section. This method retrieves the gradient of elevation with respect to the radar range coordinates using a linear mapping function between amplitude values and gradient values from a digital elevation model. Integration of this gradient yields elevation values. We employ Bayesian inversions to determine the required integration constants and their confidence intervals required to compute the elevation uncertainties. We apply this method to dozens of coregistered TerraSAR-X spotlight images from both ascending and descending paths that observed the 2019-2020 eruption of Shishaldin Volcano, Unimak Island, Alaska. This eruption was characterized by months of summit scoria cone growth, lava effusion, and cone collapses, producing significant topographic change within the summit crater and ash fall on nearby communities. Our results suggest that the vertical elevation uncertainty of the method is on the order of several meters. Consequently, we were able to quantify cone growth in November 2019, collapses associated with explosions in December-January, and further changes in crater elevations into spring 2020. We conclude that this method detects and quantifies morphological changes on the order of tens of meters in a systematic way that might not be obvious during visual inspection of the imagery alone. The method can be automated to monitor morphological changes due to volcanic unrest in near-real-time as high-quality SAR images become available during an eruption

Evolution of the 2021 lava dome at Great Sitkin Volcano, Aleutian Islands - analyzed by multi-sensor remote sensing data

Integration of remote sensing datasets provides critical information for monitoring, hazard assessment, and scientific investigation of eruptions at remote volcanoes. The 2021 eruption of Great Sitkin offers an ideal test case for multi-sensor analysis of effusive and explosive activity that has impacted regional aviation and threatened nearby communities. After an initial vulcanian eruption on May 25, 2021, a new lava dome began growing in the center of the crater of Great Sitkin Volcano in the central Aleutian Islands sometime between July 14 and 22, 2021. In order to study the spatio-temporal evolution of this newly formed lava dome, we have been jointly analyzing multi-sensor remote sensing (thermal, optical and radar sensor) data of different spatial and temporal resolution. The new lava dome was first detected on July 22, 2021 using weather-independent very high spatial resolution (VHR) synthetic aperture radar (SAR) imagery of the TerraSAR-X mission. Maxar VHR optical imagery in the following days showed rapid growth of the lava dome compared to the initial TerraSAR-X imagery. Observations from VHR optical and SAR data have been analyzed to track dome morphology (diameter, height, flow textures) at low temporal resolution (days). In order to get a denser time series, multi-sensor thermal imagery (MODIS/VIIRS/Sentinel-3) with several observations per day have been analyzed to study the evolution of the lava dome and estimate its volumetric change. Based on the most recent observations (August 3, 2021) the lava dome had a diameter of about 180 m and an estimated total volume of ~10^6 m³. The time series of lava dome dimensions is modeled to invert for lava rheology and compared to geochemical and geophysical datasets for assessment of eruption evolution and hazard